APRENDIZAJE PROFUNDO MEDIADO
POR REPRESENTACIONES SEMIÓTICAS
DEL CONCEPTO REACCIÓN QUÍMICA EN
CONTEXTOS EDUCATIVOS DEL MUNICIPIO
DE FONSECA – LA GUAJIRA
DEEP LEARNING MEDIATED BY SEMIOTIC
REPRESENTATIONS OF THE CONCEPT CHEMICAL
REACTION IN EDUCATIONAL CONTEXTS OF THE
MUNICIPALITY OF FONSECA – LA GUAJIRA
Jesús Mejía Salcedo
Universidad de Panamá
pág. 2730
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i6.21404
Aprendizaje Profundo Mediado por Representaciones Semióticas del
Concepto Reacción Química en Contextos Educativos del Municipio de
Fonseca – La Guajira
Jesús Mejía Salcedo1
jesus.mejia1@utp.edu.co
https://orcid.org/0009-0007-6331-6415
Universidad de Panamá
Panamá
RESUMEN
El objetivo de la presente investigación fue analizar la incidencia de las representaciones semióticas en
el aprendizaje profundo del concepto “reacción química” en contextos educativos del municipio de
Fonseca - La Guajira. Para alcanzar este objetivo, el estudio se abordó en tres etapas: inicialmente, en
el ámbito problémico se hizo un recorrido por los problemas actuales en cuanto a la didáctica de las
ciencias naturales y las limitaciones en el aprendizaje en cuanto al uso de las representaciones. Luego,
se realizó un acercamiento con la teoría y los autores que han contribuido en la didáctica de las ciencias,
el aprendizaje profundo y el uso de representaciones semióticas. A continuación, se hace referencia al
diseño metodológico, el cual es de enfoque mixto y de diseño secuencial explicativo, a partir del cual,
se plantean las técnicas e instrumentos de recolección de la información como cuestionarios y
entrevistas. Los resultados evidencian una gran fragilidad en el uso de representaciones desde los
niveles microscópico y simbólico, probablemente porque para los estudiantes ambos niveles son
abstractos, ya que requieren un alto grado de inferencia y razonamiento deductivo.
Palabras clave: aprendizaje profundo, representaciones semióticas, reacción química, didáctica
1 Autor principal
Correspondencia: jesus.mejia1@utp.edu.co
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i6.21404
Aprendizaje Profundo Mediado por Representaciones Semióticas del
Concepto Reacción Química en Contextos Educativos del Municipio de
Fonseca – La Guajira
Jesús Mejía Salcedo1
jesus.mejia1@utp.edu.co
https://orcid.org/0009-0007-6331-6415
Universidad de Panamá
Panamá
RESUMEN
El objetivo de la presente investigación fue analizar la incidencia de las representaciones semióticas en
el aprendizaje profundo del concepto “reacción química” en contextos educativos del municipio de
Fonseca - La Guajira. Para alcanzar este objetivo, el estudio se abordó en tres etapas: inicialmente, en
el ámbito problémico se hizo un recorrido por los problemas actuales en cuanto a la didáctica de las
ciencias naturales y las limitaciones en el aprendizaje en cuanto al uso de las representaciones. Luego,
se realizó un acercamiento con la teoría y los autores que han contribuido en la didáctica de las ciencias,
el aprendizaje profundo y el uso de representaciones semióticas. A continuación, se hace referencia al
diseño metodológico, el cual es de enfoque mixto y de diseño secuencial explicativo, a partir del cual,
se plantean las técnicas e instrumentos de recolección de la información como cuestionarios y
entrevistas. Los resultados evidencian una gran fragilidad en el uso de representaciones desde los
niveles microscópico y simbólico, probablemente porque para los estudiantes ambos niveles son
abstractos, ya que requieren un alto grado de inferencia y razonamiento deductivo.
Palabras clave: aprendizaje profundo, representaciones semióticas, reacción química, didáctica
1 Autor principal
Correspondencia: jesus.mejia1@utp.edu.co
pág. 2731
Deep Learning Mediated by Semiotic Representations of the Concept
Chemical Reaction in Educational Contexts of the Municipality of
Fonseca – La Guajira
ABSTRACT
The objective of this research was to analyze the impact of semiotic representations on the deep learning
of the concept of "chemical reaction" in educational contexts in the municipality of Fonseca, La Guajira.
To achieve this objective, the study was approached in three stages: initially, within the problem
framework, a review was conducted of current problems in the didactics of natural sciences and the
limitations in learning regarding the use of representations. Next, an examination was undertaken of the
theory and authors who have contributed to science didactics, deep learning, and the use of semiotic
representations. Following this, the methodological design is described, which employs a mixed-
methods approach and a sequential explanatory design. Based on this design, the techniques and
instruments for data collection, such as questionnaires and interviews, were developed. The results
reveal a significant weakness in the use of representations at both the microscopic and symbolic levels,
likely because both levels are abstract for students, requiring a high degree of inference and deductive
reasoning.
Keywords: deep learning, semiotic representations, chemical reaction, didactics
Artículo recibido 20 octubre 2025
Aceptado para publicación: 15 noviembre 2025
Deep Learning Mediated by Semiotic Representations of the Concept
Chemical Reaction in Educational Contexts of the Municipality of
Fonseca – La Guajira
ABSTRACT
The objective of this research was to analyze the impact of semiotic representations on the deep learning
of the concept of "chemical reaction" in educational contexts in the municipality of Fonseca, La Guajira.
To achieve this objective, the study was approached in three stages: initially, within the problem
framework, a review was conducted of current problems in the didactics of natural sciences and the
limitations in learning regarding the use of representations. Next, an examination was undertaken of the
theory and authors who have contributed to science didactics, deep learning, and the use of semiotic
representations. Following this, the methodological design is described, which employs a mixed-
methods approach and a sequential explanatory design. Based on this design, the techniques and
instruments for data collection, such as questionnaires and interviews, were developed. The results
reveal a significant weakness in the use of representations at both the microscopic and symbolic levels,
likely because both levels are abstract for students, requiring a high degree of inference and deductive
reasoning.
Keywords: deep learning, semiotic representations, chemical reaction, didactics
Artículo recibido 20 octubre 2025
Aceptado para publicación: 15 noviembre 2025
pág. 2732
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, en los procesos de enseñanza y aprendizaje de las ciencias, en particular de la química,
los estudiantes se encuentran constantemente con un lenguaje fundamentado en conceptos abstractos
que comprenden átomos, moléculas, fórmulas, símbolos, ecuaciones y un sinfín de normas y
procedimientos matemáticos que podrían resultarle confusos, y que requieren un gran esfuerzo
cognitivo para su comprensión; de ahí que, desde hace algunos años numerosas investigaciones se han
venido realizando, con el propósito de indagar acerca de la incidencia del uso de representaciones de
conceptos químicos en el aprendizaje de los estudiantes en las distintas etapas básicas.
De acuerdo con algunos investigadores como Casado y Raviolo (2005) y Ordenes et al. (2014), uno de
los principales obstáculos para el aprendizaje de los conceptos químicos se encuentra en la incapacidad
de los estudiantes y docentes para establecer vínculos entre los tres niveles de representación del
contenido, estos son: macroscópico, microscópico y simbólico (Johnstone, 1982; 1993), esta
desconexión causa que los fenómenos químicos sean interpretados de manera fragmentada, lo cual
obstaculiza la generación de modelos mentales coherentes en los estudiantes, que les posibiliten integrar
lo que ven, lo que ocurre a nivel molecular y los símbolos usados para describirlo formalmente.
Por lo expuesto, es fundamental comprender que aprender no solo significa adquirir un conjunto de
conocimientos de forma fraccionada y mecánica sobre un concepto en particular, en el que prima la
memorización de datos, o seguir un procedimiento específico a partir de una serie de instrucciones. El
aprendizaje profundo implica entender de forma profunda, estableciendo relaciones importantes entre
los saberes previos y la información que debe transformarse en saber, mediante procesos de
profundización y expansión (Beas, 2001).
En este sentido, uno de los conceptos que resulta más difíciles de comprender para los estudiantes de
décimo grado, es el de “reacción química”, el cual representa un reto al momento de abordarlo, pues es
un proceso cuya comprensión requiere reunir varios modelos y niveles de representación —
macroscópico, submicroscópico y simbólico— para interpretar de manera adecuada cómo la materia se
transforma durante dicho fenómeno (ver figura 1).
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, en los procesos de enseñanza y aprendizaje de las ciencias, en particular de la química,
los estudiantes se encuentran constantemente con un lenguaje fundamentado en conceptos abstractos
que comprenden átomos, moléculas, fórmulas, símbolos, ecuaciones y un sinfín de normas y
procedimientos matemáticos que podrían resultarle confusos, y que requieren un gran esfuerzo
cognitivo para su comprensión; de ahí que, desde hace algunos años numerosas investigaciones se han
venido realizando, con el propósito de indagar acerca de la incidencia del uso de representaciones de
conceptos químicos en el aprendizaje de los estudiantes en las distintas etapas básicas.
De acuerdo con algunos investigadores como Casado y Raviolo (2005) y Ordenes et al. (2014), uno de
los principales obstáculos para el aprendizaje de los conceptos químicos se encuentra en la incapacidad
de los estudiantes y docentes para establecer vínculos entre los tres niveles de representación del
contenido, estos son: macroscópico, microscópico y simbólico (Johnstone, 1982; 1993), esta
desconexión causa que los fenómenos químicos sean interpretados de manera fragmentada, lo cual
obstaculiza la generación de modelos mentales coherentes en los estudiantes, que les posibiliten integrar
lo que ven, lo que ocurre a nivel molecular y los símbolos usados para describirlo formalmente.
Por lo expuesto, es fundamental comprender que aprender no solo significa adquirir un conjunto de
conocimientos de forma fraccionada y mecánica sobre un concepto en particular, en el que prima la
memorización de datos, o seguir un procedimiento específico a partir de una serie de instrucciones. El
aprendizaje profundo implica entender de forma profunda, estableciendo relaciones importantes entre
los saberes previos y la información que debe transformarse en saber, mediante procesos de
profundización y expansión (Beas, 2001).
En este sentido, uno de los conceptos que resulta más difíciles de comprender para los estudiantes de
décimo grado, es el de “reacción química”, el cual representa un reto al momento de abordarlo, pues es
un proceso cuya comprensión requiere reunir varios modelos y niveles de representación —
macroscópico, submicroscópico y simbólico— para interpretar de manera adecuada cómo la materia se
transforma durante dicho fenómeno (ver figura 1).
pág. 2733
Figura 1. Niveles representacionales en química, según Johnstone (1982).
Macroscópico
Microscópico
Simbólico
Nota. Adaptado por el autor.
Estas dificultades ya mencionadas, se deben a varios factores que han sido documentados en algunas
investigaciones, tales como: la poca consciencia del mundo submicroscópico (átomos, moléculas,
iones...); la baja o deficiente comprensión de los modelos propios de la química, los cuales se tornan
abstractos y complejos; a la alta abstracción que presenta su simbología; a los errores conceptuales
frecuentes en la descripción macroscópica de la materia acerca de conceptos claves; y, al dominio básico
de la terminología propia del área (Vallejo, 2017; Muñoz et al. 2018 y Velázquez, 2018).
Así mismo, estos obstáculos se atribuyen a que la enseñanza tradicional no tiene en cuenta que ellos
adquieren, en primer lugar, definiciones operacionales, entrando directamente a lo submicroscópico,
creyendo ingenuamente que estas explicaciones se asociarán fácilmente con los referentes
macroscópicos supuestamente ya conocidos, sin tener en cuenta la compleja simbología y terminología
que se utiliza para abordar este concepto, por lo que el docente tiende a omitirlas alegando que los
estudiantes no tienen la suficiente capacidad para interpretar y analizar tal fenómeno (Izquierdo, 2004).
Esta omisión origina que algunos estudiantes consideren, por ejemplo, que las reacciones químicas son
sólo mezclas visibles de sustancias o alteraciones superficiales en el aspecto, sin tener en cuenta que
detrás de estos fenómenos se producen cambios profundos a nivel molecular. Por lo tanto, surgen
concepciones alternativas que obstaculizan la comprensión de los procesos químicos y limitan su
habilidad para interpretar fenómenos diarios desde un punto de vista científico.
Figura 1. Niveles representacionales en química, según Johnstone (1982).
Macroscópico
Microscópico
Simbólico
Nota. Adaptado por el autor.
Estas dificultades ya mencionadas, se deben a varios factores que han sido documentados en algunas
investigaciones, tales como: la poca consciencia del mundo submicroscópico (átomos, moléculas,
iones...); la baja o deficiente comprensión de los modelos propios de la química, los cuales se tornan
abstractos y complejos; a la alta abstracción que presenta su simbología; a los errores conceptuales
frecuentes en la descripción macroscópica de la materia acerca de conceptos claves; y, al dominio básico
de la terminología propia del área (Vallejo, 2017; Muñoz et al. 2018 y Velázquez, 2018).
Así mismo, estos obstáculos se atribuyen a que la enseñanza tradicional no tiene en cuenta que ellos
adquieren, en primer lugar, definiciones operacionales, entrando directamente a lo submicroscópico,
creyendo ingenuamente que estas explicaciones se asociarán fácilmente con los referentes
macroscópicos supuestamente ya conocidos, sin tener en cuenta la compleja simbología y terminología
que se utiliza para abordar este concepto, por lo que el docente tiende a omitirlas alegando que los
estudiantes no tienen la suficiente capacidad para interpretar y analizar tal fenómeno (Izquierdo, 2004).
Esta omisión origina que algunos estudiantes consideren, por ejemplo, que las reacciones químicas son
sólo mezclas visibles de sustancias o alteraciones superficiales en el aspecto, sin tener en cuenta que
detrás de estos fenómenos se producen cambios profundos a nivel molecular. Por lo tanto, surgen
concepciones alternativas que obstaculizan la comprensión de los procesos químicos y limitan su
habilidad para interpretar fenómenos diarios desde un punto de vista científico.
pág. 2734
Una revisión de la literatura científica sobre la temática de la presente investigación revela que son
escasos los estudios en cuanto a las representaciones (ideas previas, concepciones…) que poseen los
estudiantes acerca del concepto “reacción química” y estrategias didácticas para su transformación o
cambio (Romero et al, 2018; Gómez, 2018; Muñoz et al. 2018; Mercado y Gómez, 2019; Reyes et al,
2021. y Candela, 2021; ). Esto hace que la producción investigativa cobre mayor interés en este campo,
permitiendo profundizar en las dificultades que presentan los estudiantes en el aprendizaje del concepto
“reacción química” y la importancia de acudir al desarrollo de estrategias didácticas al momento de
abordar la enseñanza de conceptos científicos, como alternativas pedagógicas que permitan promover
el aprendizaje profundo, como lo afirma White (1999).
Consecuentemente, todos estos aspectos abren la discusión desde el aprendizaje profundo, el cual se
vincula con un nivel de comprensión más elaborado con conexiones significativas entre contenidos,
promoviendo el aprender a aprender, que le permita al estudiante autorregularse y sustentar sus propias
ideas, que no lleven a la simple reproducción de contenidos. Partiendo de esta necesidad de profundizar
en la comprensión y en la articulación de representaciones, se planteó el siguiente interrogante de
investigación: ¿Cuál es la incidencia de las representaciones semióticas en al aprendizaje profundo del
concepto “reacción química” en contextos educativos del municipio de Fonseca, La Guajira?
Esta investigación se desarrolló con el objetivo principal de analizar la incidencia de las
representaciones semióticas en el aprendizaje profundo del concepto “reacción química” en contextos
educativos del municipio de Fonseca, La Guajira. A partir de este objetivo, se formularon los siguientes
objetivos específicos:
▪ Identificar los modelos explicativos iniciales de los estudiantes sobre el concepto “reacción
química” en contextos educativos del municipio de Fonseca, La Guajira.
▪ Analizar la relación entre el uso de representaciones semióticas y el desarrollo de procesos
argumentativos en el aprendizaje profundo del concepto de “reacción química” en contextos
educativos del municipio de Fonseca, La Guajira.
▪ Interpretar las transformaciones en el uso de las representaciones semióticas desde los diferentes
niveles representacionales de la química del concepto “reacción química” en contextos educativos
del municipio de Fonseca, La Guajira.
Una revisión de la literatura científica sobre la temática de la presente investigación revela que son
escasos los estudios en cuanto a las representaciones (ideas previas, concepciones…) que poseen los
estudiantes acerca del concepto “reacción química” y estrategias didácticas para su transformación o
cambio (Romero et al, 2018; Gómez, 2018; Muñoz et al. 2018; Mercado y Gómez, 2019; Reyes et al,
2021. y Candela, 2021; ). Esto hace que la producción investigativa cobre mayor interés en este campo,
permitiendo profundizar en las dificultades que presentan los estudiantes en el aprendizaje del concepto
“reacción química” y la importancia de acudir al desarrollo de estrategias didácticas al momento de
abordar la enseñanza de conceptos científicos, como alternativas pedagógicas que permitan promover
el aprendizaje profundo, como lo afirma White (1999).
Consecuentemente, todos estos aspectos abren la discusión desde el aprendizaje profundo, el cual se
vincula con un nivel de comprensión más elaborado con conexiones significativas entre contenidos,
promoviendo el aprender a aprender, que le permita al estudiante autorregularse y sustentar sus propias
ideas, que no lleven a la simple reproducción de contenidos. Partiendo de esta necesidad de profundizar
en la comprensión y en la articulación de representaciones, se planteó el siguiente interrogante de
investigación: ¿Cuál es la incidencia de las representaciones semióticas en al aprendizaje profundo del
concepto “reacción química” en contextos educativos del municipio de Fonseca, La Guajira?
Esta investigación se desarrolló con el objetivo principal de analizar la incidencia de las
representaciones semióticas en el aprendizaje profundo del concepto “reacción química” en contextos
educativos del municipio de Fonseca, La Guajira. A partir de este objetivo, se formularon los siguientes
objetivos específicos:
▪ Identificar los modelos explicativos iniciales de los estudiantes sobre el concepto “reacción
química” en contextos educativos del municipio de Fonseca, La Guajira.
▪ Analizar la relación entre el uso de representaciones semióticas y el desarrollo de procesos
argumentativos en el aprendizaje profundo del concepto de “reacción química” en contextos
educativos del municipio de Fonseca, La Guajira.
▪ Interpretar las transformaciones en el uso de las representaciones semióticas desde los diferentes
niveles representacionales de la química del concepto “reacción química” en contextos educativos
del municipio de Fonseca, La Guajira.
pág. 2735
METODOLOGÍA
Teniendo en cuenta las características de la presente investigación, el problema planteado y los objetivos
propuestos, el enfoque metodológico empleado fue de tipo mixto el cual recolecta, analiza y vincula
datos cuantitativos y cualitativos en un mismo estudio, fundamentado en la literatura de Bisquerra
(2009) y Hernández et al (2010), pretendiendo potenciar el desarrollo del conocimiento, la construcción
de teoría y la resolución de problemas. Por su parte, el diseño, se enmarcó en un diseño secuencial
explicativo (DEXPLIS), el cual implicó la recopilación y el análisis de datos cuantitativos, seguido de
la recopilación y el análisis de datos cualitativos, lo cual permitió una progresión lógica y una
ampliación de la comprensión a medida que se avanza en el estudio. Es decir, primero se recopilaron
datos cuantitativos para obtener una visión general del fenómeno, y posteriormente se realizó un análisis
cualitativo para explicar en profundidad los resultados.
Así mismo, la investigación tiene un enfoque explicativo, y su objetivo es encontrar y entender las
causas y los efectos de un fenómeno, analizando a fondo las relaciones entre las variables que lo
constituyen. Para el caso del presente estudio se estableció como como variable dependiente el
aprendizaje en profundidad del concepto “reacción química”, refiriéndose al grado de comprensión
significativa, aplicada y transferible del concepto por parte de los estudiantes; y como variable
independiente, se tiene el uso de las representaciones semióticas para abordar el concepto de reacción
química a través del uso de los niveles representacionales microscópico, macroscópico y simbólico de
la química.
Para analizar la relación entre estas variables y determinar el impacto de las representaciones en el
aprendizaje profundo, el estudio se llevó a cabo con diecinueve estudiantes de grado décimo de la
Institución Educativa Técnica Agropecuaria de Fonseca (La Guajira), con edades entre 15 y 18 años,
quienes constituyeron la muestra de la investigación.
Con el fin de evaluar de manera rigurosa la incidencia de las representaciones semióticas en el
aprendizaje profundo del concepto de “reacción química”, se implementaron diversas técnicas e
instrumentos, los cuales están explicados en detalle en la tabla 1.
METODOLOGÍA
Teniendo en cuenta las características de la presente investigación, el problema planteado y los objetivos
propuestos, el enfoque metodológico empleado fue de tipo mixto el cual recolecta, analiza y vincula
datos cuantitativos y cualitativos en un mismo estudio, fundamentado en la literatura de Bisquerra
(2009) y Hernández et al (2010), pretendiendo potenciar el desarrollo del conocimiento, la construcción
de teoría y la resolución de problemas. Por su parte, el diseño, se enmarcó en un diseño secuencial
explicativo (DEXPLIS), el cual implicó la recopilación y el análisis de datos cuantitativos, seguido de
la recopilación y el análisis de datos cualitativos, lo cual permitió una progresión lógica y una
ampliación de la comprensión a medida que se avanza en el estudio. Es decir, primero se recopilaron
datos cuantitativos para obtener una visión general del fenómeno, y posteriormente se realizó un análisis
cualitativo para explicar en profundidad los resultados.
Así mismo, la investigación tiene un enfoque explicativo, y su objetivo es encontrar y entender las
causas y los efectos de un fenómeno, analizando a fondo las relaciones entre las variables que lo
constituyen. Para el caso del presente estudio se estableció como como variable dependiente el
aprendizaje en profundidad del concepto “reacción química”, refiriéndose al grado de comprensión
significativa, aplicada y transferible del concepto por parte de los estudiantes; y como variable
independiente, se tiene el uso de las representaciones semióticas para abordar el concepto de reacción
química a través del uso de los niveles representacionales microscópico, macroscópico y simbólico de
la química.
Para analizar la relación entre estas variables y determinar el impacto de las representaciones en el
aprendizaje profundo, el estudio se llevó a cabo con diecinueve estudiantes de grado décimo de la
Institución Educativa Técnica Agropecuaria de Fonseca (La Guajira), con edades entre 15 y 18 años,
quienes constituyeron la muestra de la investigación.
Con el fin de evaluar de manera rigurosa la incidencia de las representaciones semióticas en el
aprendizaje profundo del concepto de “reacción química”, se implementaron diversas técnicas e
instrumentos, los cuales están explicados en detalle en la tabla 1.
pág. 2736
Tabla 1. Técnicas e instrumentos.
Técnica Instrumento Forma en que se diseñará y validará
Cuestionario de
preguntas
abiertas
Cuestionario de
preguntas abiertas y su
rejilla de valoración
Fue diseñado teniendo como punto de partida preguntas
validadas de pruebas estandarizadas (SABER, 11°) y de
la investigación de Muñoz et al. (2015), dichas
preguntas fueron adaptadas al contexto institucional. La
validación, se realizó enviando el instrumento a
consideración de tres expertos externos.
Entrevista Entrevista
semiestructurada/
instrumento auxiliar
Se diseñó como instrumento auxiliar para profundizar
las respuestas dadas por los estudiantes en el
cuestionario. Fue validada por tres expertos externos.
Nota. Técnicas e instrumentos empelados en la investigación y su forma de validación. Fuente: autoría propia.
A partir de la información recogida mediante estos instrumentos, se procedió al análisis de los datos en
varias etapas complementarias. En un primer momento, para el proceso y consolidación de los datos
cuantitativos, se llevó a cabo una organización sistemática de las respuestas obtenidas del cuestionario,
clasificándolas en niveles de desempeño comunes que permitieran identificar patrones, tendencias y
niveles de frecuencia en las respuestas entregadas. Esta fase fue fundamental para estructurar una base
sólida de análisis que permitiera extraer conclusiones relevantes en relación con los objetivos de la
investigación.
Para el segundo análisis, el cualitativo, la información que fue recolectada por medio de entrevistas
semi-estructuradas permitieron obtener una aproximación a las percepciones, experiencias y
conocimientos previos de los estudiantes respecto al concepto “reacción química”; profundizando en
los cambios, reflexiones y aprendizajes adquiridos, brindando así una visión más completa y dinámica
del fenómeno investigado.
Posteriormente, se hizo una organización, reducción y triangulación de la información con el fin de
modelizar el aprendizaje profundo a partir del uso de representaciones semióticas de los estudiantes en
cada uno de los niveles de desempeño (alto, medio y bajo) así, para ejemplificar los niveles en los que
se ubican los estudiantes se usaron las siguientes convenciones a manera de ejemplo: E01-NA
(estudiante 01 – nivel alto), E02- NM (estudiante 02 – nivel medio) y E03-NB (estudiante 03 – nivel
bajo), teniendo en cuenta los criterios que se describen en la tabla 2.
Tabla 1. Técnicas e instrumentos.
Técnica Instrumento Forma en que se diseñará y validará
Cuestionario de
preguntas
abiertas
Cuestionario de
preguntas abiertas y su
rejilla de valoración
Fue diseñado teniendo como punto de partida preguntas
validadas de pruebas estandarizadas (SABER, 11°) y de
la investigación de Muñoz et al. (2015), dichas
preguntas fueron adaptadas al contexto institucional. La
validación, se realizó enviando el instrumento a
consideración de tres expertos externos.
Entrevista Entrevista
semiestructurada/
instrumento auxiliar
Se diseñó como instrumento auxiliar para profundizar
las respuestas dadas por los estudiantes en el
cuestionario. Fue validada por tres expertos externos.
Nota. Técnicas e instrumentos empelados en la investigación y su forma de validación. Fuente: autoría propia.
A partir de la información recogida mediante estos instrumentos, se procedió al análisis de los datos en
varias etapas complementarias. En un primer momento, para el proceso y consolidación de los datos
cuantitativos, se llevó a cabo una organización sistemática de las respuestas obtenidas del cuestionario,
clasificándolas en niveles de desempeño comunes que permitieran identificar patrones, tendencias y
niveles de frecuencia en las respuestas entregadas. Esta fase fue fundamental para estructurar una base
sólida de análisis que permitiera extraer conclusiones relevantes en relación con los objetivos de la
investigación.
Para el segundo análisis, el cualitativo, la información que fue recolectada por medio de entrevistas
semi-estructuradas permitieron obtener una aproximación a las percepciones, experiencias y
conocimientos previos de los estudiantes respecto al concepto “reacción química”; profundizando en
los cambios, reflexiones y aprendizajes adquiridos, brindando así una visión más completa y dinámica
del fenómeno investigado.
Posteriormente, se hizo una organización, reducción y triangulación de la información con el fin de
modelizar el aprendizaje profundo a partir del uso de representaciones semióticas de los estudiantes en
cada uno de los niveles de desempeño (alto, medio y bajo) así, para ejemplificar los niveles en los que
se ubican los estudiantes se usaron las siguientes convenciones a manera de ejemplo: E01-NA
(estudiante 01 – nivel alto), E02- NM (estudiante 02 – nivel medio) y E03-NB (estudiante 03 – nivel
bajo), teniendo en cuenta los criterios que se describen en la tabla 2.
pág. 2737
Tabla 2. Niveles de uso de representaciones semióticas.
Nivel Puntaje
obtenido
Características
Alto 19 - 26 Los estudiantes en este nivel llevan a cabo diversas representaciones
consistentes del concepto de reacciones químicas, en las que se exhibe el
empleo de ilustraciones, símbolos, partículas, fórmulas, ecuaciones, elementos
y/o moléculas vinculadas a un modelo científico validado. Esto se realiza
utilizando correctamente el lenguaje técnico, el cual emplea para examinar,
entender e interpretar las situaciones propuestas, vinculando pruebas y
experimentos con el saber científico para para construir las justificaciones de
sus respuestas.
Medio 10 – 18 Los estudiantes en este nivel realizan algunas representaciones empleando
ilustraciones, símbolos, partículas, ecuaciones, elementos y/o moléculas de los
conceptos. Sin embargo, no poseen un vocabulario técnico, lo que les dificulta
determinar su nivel de dominio al fundamentar sus declaraciones, basándose en
pruebas, hechos o sucesos de su vida diaria.
Bajo 1 – 09 Los estudiantes en este nivel usualmente presentan una única forma de
representación que incluye ilustraciones, diagramas y/o símbolos presentes en
el problema relacionado con el saber común o enciclopédico, se señala la
inconsistencia con la utilización de pruebas y datos obtenidos de las preguntas
para respaldar sus respuestas, dado que en la mayoría de las situaciones no
examinan ni entienden la situación propuesta.
Nota: Rejilla de valoración con características y rangos de puntuación para los niveles alto, medio y bajo de uso de
representaciones semióticas de los estudiantes en el cuestionario. Elaborada en base a lo planteado por Johnson-Laird, (1983).
Fuente: autoría propia.
Finalmente, se llevó a cabo un análisis mixto que contrastó los resultados empíricos con los referentes
teóricos que apoyaron la investigación desde su ámbito problémico, generando una comprensión más
integral del proceso de aprendizaje, evidenciando patrones y dificultades comunes en la interpretación
de los distintos registros de representación sobre las reacciones químicas.
Para garantizar que los instrumentos empleados fueran válidos y confiables, se les hizo una revisión
inicial por parte de tres doctores expertos en educación, quienes evaluaron su coherencia, claridad y
pertinencia. Esto permitió realizar las modificaciones requeridas para mejorar su diseño final. Después,
se llevó a cabo una prueba piloto con un conjunto de estudiantes que tenían atributos semejantes a los
de la muestra del estudio. Esto posibilitó la detección de potenciales ambigüedades o problemas de
comprensión y la realización de las correcciones necesarias antes de su aplicación final.
Tabla 2. Niveles de uso de representaciones semióticas.
Nivel Puntaje
obtenido
Características
Alto 19 - 26 Los estudiantes en este nivel llevan a cabo diversas representaciones
consistentes del concepto de reacciones químicas, en las que se exhibe el
empleo de ilustraciones, símbolos, partículas, fórmulas, ecuaciones, elementos
y/o moléculas vinculadas a un modelo científico validado. Esto se realiza
utilizando correctamente el lenguaje técnico, el cual emplea para examinar,
entender e interpretar las situaciones propuestas, vinculando pruebas y
experimentos con el saber científico para para construir las justificaciones de
sus respuestas.
Medio 10 – 18 Los estudiantes en este nivel realizan algunas representaciones empleando
ilustraciones, símbolos, partículas, ecuaciones, elementos y/o moléculas de los
conceptos. Sin embargo, no poseen un vocabulario técnico, lo que les dificulta
determinar su nivel de dominio al fundamentar sus declaraciones, basándose en
pruebas, hechos o sucesos de su vida diaria.
Bajo 1 – 09 Los estudiantes en este nivel usualmente presentan una única forma de
representación que incluye ilustraciones, diagramas y/o símbolos presentes en
el problema relacionado con el saber común o enciclopédico, se señala la
inconsistencia con la utilización de pruebas y datos obtenidos de las preguntas
para respaldar sus respuestas, dado que en la mayoría de las situaciones no
examinan ni entienden la situación propuesta.
Nota: Rejilla de valoración con características y rangos de puntuación para los niveles alto, medio y bajo de uso de
representaciones semióticas de los estudiantes en el cuestionario. Elaborada en base a lo planteado por Johnson-Laird, (1983).
Fuente: autoría propia.
Finalmente, se llevó a cabo un análisis mixto que contrastó los resultados empíricos con los referentes
teóricos que apoyaron la investigación desde su ámbito problémico, generando una comprensión más
integral del proceso de aprendizaje, evidenciando patrones y dificultades comunes en la interpretación
de los distintos registros de representación sobre las reacciones químicas.
Para garantizar que los instrumentos empleados fueran válidos y confiables, se les hizo una revisión
inicial por parte de tres doctores expertos en educación, quienes evaluaron su coherencia, claridad y
pertinencia. Esto permitió realizar las modificaciones requeridas para mejorar su diseño final. Después,
se llevó a cabo una prueba piloto con un conjunto de estudiantes que tenían atributos semejantes a los
de la muestra del estudio. Esto posibilitó la detección de potenciales ambigüedades o problemas de
comprensión y la realización de las correcciones necesarias antes de su aplicación final.
pág. 2738
Este procedimiento garantizó que las herramientas fueran apropiadas para el contexto educativo y
proporcionaran resultados confiables y consistentes para la investigación.
RESULTADOS Y DISCUSION
A continuación, en la figura 2 se muestra el promedio del desempeño de los estudiantes en relación al
cuestionario de preguntas abiertas, donde se puede apreciar que la mayor parte de ellos obtuvieron un
desempeño bajo en relación a la tabla de niveles de aprendizaje sobre las representaciones semioticas
(ver tabla 2). Estos resultados permitieron identificar las debilidades presentadas en los diferentes
niveles (macroscópico, submicroscópico y simbólico) propuestos por Johnstone (1982).
Figura 2. Resultados del cuestionario de preguntas abiertas.
Fuente: el autor.
A partir de este análisis, se obtuvo una media de 8.66, donde 9 estudiantes que representan el 47.36%
del total de la muestra presentan una puntuación por encima del promedio del grupo; mientras que el
52.6 % correspondiente a 11 estudiantes que se ubican por debajo de este valor, lo cual indica que los
estudiantes se ubican en el nivel más bajo del uso de representaciones semióticas para ésta
investigación; una mediana con un valor de 8.0 que indica que la mitad del grupo está por debajo de 8
puntos y la otra mitad está por encima, siendo para éste caso muy similar al promedio; una desviación
estándar de 5.29 que muestra una baja dispersión de los datos con respecto a la media, evidenciando
que el uso de representaciones semióticas es muy heterogénea y un coeficiente de variación de 57.51
que lo corrobora.
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Valoración cuestionario de preguntas abiertas
Puntos cuestionario NIVEL BAJO NIVEL MEDIO NIVEL ALTO Promedio
Este procedimiento garantizó que las herramientas fueran apropiadas para el contexto educativo y
proporcionaran resultados confiables y consistentes para la investigación.
RESULTADOS Y DISCUSION
A continuación, en la figura 2 se muestra el promedio del desempeño de los estudiantes en relación al
cuestionario de preguntas abiertas, donde se puede apreciar que la mayor parte de ellos obtuvieron un
desempeño bajo en relación a la tabla de niveles de aprendizaje sobre las representaciones semioticas
(ver tabla 2). Estos resultados permitieron identificar las debilidades presentadas en los diferentes
niveles (macroscópico, submicroscópico y simbólico) propuestos por Johnstone (1982).
Figura 2. Resultados del cuestionario de preguntas abiertas.
Fuente: el autor.
A partir de este análisis, se obtuvo una media de 8.66, donde 9 estudiantes que representan el 47.36%
del total de la muestra presentan una puntuación por encima del promedio del grupo; mientras que el
52.6 % correspondiente a 11 estudiantes que se ubican por debajo de este valor, lo cual indica que los
estudiantes se ubican en el nivel más bajo del uso de representaciones semióticas para ésta
investigación; una mediana con un valor de 8.0 que indica que la mitad del grupo está por debajo de 8
puntos y la otra mitad está por encima, siendo para éste caso muy similar al promedio; una desviación
estándar de 5.29 que muestra una baja dispersión de los datos con respecto a la media, evidenciando
que el uso de representaciones semióticas es muy heterogénea y un coeficiente de variación de 57.51
que lo corrobora.
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Valoración cuestionario de preguntas abiertas
Puntos cuestionario NIVEL BAJO NIVEL MEDIO NIVEL ALTO Promedio
pág. 2739
Al realizar un análisis general de los datos consolidados en la figura 2, se puede concluir que el 63.15%
de los estudiantes (12 alumnos), es decir la gran mayoría de los integrantes del grupo obtuvieron un
nivel bajo, lo que indica que en la mayor parte de sus representaciones manifiestan poca claridad en la
comprensión del concepto, observándose un tipo de representación débilmente delimitado frente al
fenómeno estudiado, la mayoría de las cuales presentan elementos asociados al conocimiento común.
Esto evidencia un entendimiento parcial del fenómeno químico y la importancia de fomentar estrategias
pedagógicas que le posibiliten enlazar correctamente los diversos niveles de representación para lograr
un aprendizaje más argumentado y profundo. Para ejemplificar se muestra E03-NB (estudiante 3 - nivel
bajo).
Tabla 3. Evidencias de las representaciones utilizadas por el estudiante E-03 al resolver las preguntas
del cuestionario de preguntas abiertas.
Estudiante 3 – E03
Representaciones presentadas Descripción
NIVEL BAJO
((NB)
Pregunta 1.1 Realiza dos representaciones de este proceso
(puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas, esquemas…)
Se observa un tipo de
representación
macroscópica
débilmente delimitada
frente al fenómeno
estudiado, con ausencia
de lenguaje científico;
la mayoría, presentan
elementos asociados al
conocimiento común,
evidenciando un
modelo inicial ligado a
sus experiencias y la
forma como concibe el
fenómeno estudiado.
Pregunta 1.3 ¿Cómo representarías los componentes que tiene
el yogurt? (puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas,
esquemas…)
Pregunta 3.2 Representa de diferente(s) forma(s) el cambio
químico que ocurre en el proceso de elaboración del vino
(Puedes utilizar moléculas, símbolos, ecuaciones…)
*El estudiante deja el espacio en blanco.
Fuente: el autor.
Al realizar un análisis general de los datos consolidados en la figura 2, se puede concluir que el 63.15%
de los estudiantes (12 alumnos), es decir la gran mayoría de los integrantes del grupo obtuvieron un
nivel bajo, lo que indica que en la mayor parte de sus representaciones manifiestan poca claridad en la
comprensión del concepto, observándose un tipo de representación débilmente delimitado frente al
fenómeno estudiado, la mayoría de las cuales presentan elementos asociados al conocimiento común.
Esto evidencia un entendimiento parcial del fenómeno químico y la importancia de fomentar estrategias
pedagógicas que le posibiliten enlazar correctamente los diversos niveles de representación para lograr
un aprendizaje más argumentado y profundo. Para ejemplificar se muestra E03-NB (estudiante 3 - nivel
bajo).
Tabla 3. Evidencias de las representaciones utilizadas por el estudiante E-03 al resolver las preguntas
del cuestionario de preguntas abiertas.
Estudiante 3 – E03
Representaciones presentadas Descripción
NIVEL BAJO
((NB)
Pregunta 1.1 Realiza dos representaciones de este proceso
(puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas, esquemas…)
Se observa un tipo de
representación
macroscópica
débilmente delimitada
frente al fenómeno
estudiado, con ausencia
de lenguaje científico;
la mayoría, presentan
elementos asociados al
conocimiento común,
evidenciando un
modelo inicial ligado a
sus experiencias y la
forma como concibe el
fenómeno estudiado.
Pregunta 1.3 ¿Cómo representarías los componentes que tiene
el yogurt? (puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas,
esquemas…)
Pregunta 3.2 Representa de diferente(s) forma(s) el cambio
químico que ocurre en el proceso de elaboración del vino
(Puedes utilizar moléculas, símbolos, ecuaciones…)
*El estudiante deja el espacio en blanco.
Fuente: el autor.
pág. 2740
Al analizar las representaciones del estudiante E-03, se observa que predominan las representaciones
macroscópicas, que se distinguen por su lenguaje simple y diario, que se aleja del lenguaje químico
formal y se fundamenta en observaciones cualitativas poco estrictas. Respuestas de esta índole muestran
un bajo rendimiento en el empleo de representaciones científicas, y se ajustan a la evidencia presentada
por Gabel (1999), Órdenes et al. (2014), Muñoz et al. (2015) y Vallejo (2017). Esto ocurre cuando se
sigue un modelo mental individual y limitado, sin mostrar un desarrollo conceptual del fenómeno de
reacción química.
Asimismo, el estudiante muestra una clara falta de conciencia microscópica y simbólica al abordar el
concepto de reacción química, ya que no logra establecer relaciones entre estos niveles de
representación. Sus explicaciones se limitan a interpretaciones macroscópicas, con argumentos que
denotan desconocimiento sobre la función de sustancias como el ácido láctico en la transformación de
la leche en yogurt, evidenciando dificultades para integrar los distintos niveles de representación
química.
Por otro lado, También se aprecia que el 26.31% de los estudiantes (5 alumnos) obtuvieron un nivel
medio, en los cuales se evidenció el uso de algunos datos y/o pruebas al momento de plasmar sus
representaciones; sin embargo, en algunas ocasiones se denota la falta de coherencia en los argumentos
dados, basándose en evidencias relacionadas sólo a hechos o acontecimientos de su vida cotidiana y no
al conocimiento científico escolar, haciendo poco uso del lenguaje científico. Esto permite inferir que
el estudiante se encuentra en una etapa de transición conceptual, donde logra recurrir a diferentes modos
de representación, pero aún carece de la capacidad para integrarlos en una explicación coherente que
dé cuenta de las transformaciones químicas implicadas. Para ejemplificar lo anterior, se muestra E02-
NM (estudiante 2 - nivel medio).
Al analizar las representaciones del estudiante E-03, se observa que predominan las representaciones
macroscópicas, que se distinguen por su lenguaje simple y diario, que se aleja del lenguaje químico
formal y se fundamenta en observaciones cualitativas poco estrictas. Respuestas de esta índole muestran
un bajo rendimiento en el empleo de representaciones científicas, y se ajustan a la evidencia presentada
por Gabel (1999), Órdenes et al. (2014), Muñoz et al. (2015) y Vallejo (2017). Esto ocurre cuando se
sigue un modelo mental individual y limitado, sin mostrar un desarrollo conceptual del fenómeno de
reacción química.
Asimismo, el estudiante muestra una clara falta de conciencia microscópica y simbólica al abordar el
concepto de reacción química, ya que no logra establecer relaciones entre estos niveles de
representación. Sus explicaciones se limitan a interpretaciones macroscópicas, con argumentos que
denotan desconocimiento sobre la función de sustancias como el ácido láctico en la transformación de
la leche en yogurt, evidenciando dificultades para integrar los distintos niveles de representación
química.
Por otro lado, También se aprecia que el 26.31% de los estudiantes (5 alumnos) obtuvieron un nivel
medio, en los cuales se evidenció el uso de algunos datos y/o pruebas al momento de plasmar sus
representaciones; sin embargo, en algunas ocasiones se denota la falta de coherencia en los argumentos
dados, basándose en evidencias relacionadas sólo a hechos o acontecimientos de su vida cotidiana y no
al conocimiento científico escolar, haciendo poco uso del lenguaje científico. Esto permite inferir que
el estudiante se encuentra en una etapa de transición conceptual, donde logra recurrir a diferentes modos
de representación, pero aún carece de la capacidad para integrarlos en una explicación coherente que
dé cuenta de las transformaciones químicas implicadas. Para ejemplificar lo anterior, se muestra E02-
NM (estudiante 2 - nivel medio).
pág. 2741
Tabla 4. Evidencias de las representaciones utilizadas por el estudiante E-02 al resolver las preguntas
del cuestionario de preguntas abiertas.
Estudiante 2 - E02
Representaciones presentadas Descripción
NIVEL MEDIO (NM)
Pregunta 1.1 Realiza dos representaciones de este proceso
(puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas, esquemas…)
El estudiante utiliza
representaciones
macroscópicas,
microscópicas y
simbólicas asociadas al
conocimiento común,
evidenciando un modelo
inicial ligado a sus
experiencias. Hace uso
del conocimiento
científico escolar para
plasmar
representaciones; sin
embargo, con esto no
necesariamente está
explicando el cambio
químico que ocurre en
los procesos
representados, ya que en
las representaciones
plasmadas no hay
interacción de los
componentes ilustrados.
Pregunta 1.3 ¿Cómo representarías los componentes que tiene
el yogurt? (puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas,
esquemas…)
Pregunta 3.2 Representa de diferente(s) forma(s) el cambio
químico que ocurre en el proceso de elaboración del vino (Puedes
utilizar moléculas, símbolos, ecuaciones…)
Fuente: el autor.
Tabla 4. Evidencias de las representaciones utilizadas por el estudiante E-02 al resolver las preguntas
del cuestionario de preguntas abiertas.
Estudiante 2 - E02
Representaciones presentadas Descripción
NIVEL MEDIO (NM)
Pregunta 1.1 Realiza dos representaciones de este proceso
(puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas, esquemas…)
El estudiante utiliza
representaciones
macroscópicas,
microscópicas y
simbólicas asociadas al
conocimiento común,
evidenciando un modelo
inicial ligado a sus
experiencias. Hace uso
del conocimiento
científico escolar para
plasmar
representaciones; sin
embargo, con esto no
necesariamente está
explicando el cambio
químico que ocurre en
los procesos
representados, ya que en
las representaciones
plasmadas no hay
interacción de los
componentes ilustrados.
Pregunta 1.3 ¿Cómo representarías los componentes que tiene
el yogurt? (puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas,
esquemas…)
Pregunta 3.2 Representa de diferente(s) forma(s) el cambio
químico que ocurre en el proceso de elaboración del vino (Puedes
utilizar moléculas, símbolos, ecuaciones…)
Fuente: el autor.
pág. 2742
Al analizar las representaciones del estudiante E-02, se observa que inicialmente dominan las
representaciones macroscópicas, que se fundamentan en conocimientos incompletos y cotidianos. En
ellas se identifican elementos como el tiempo y la temperatura durante la conversión de la leche en
yogurt; no obstante, no se sabe con claridad cómo sucede la reacción química. Este patrón es congruente
con los modelos detectados por Muñoz et al. (2015), que presentan un primer acercamiento a la idea a
través de percepciones sensoriales como el color, el olor, el gusto y la textura, así como explicaciones
biológicas que vinculan la actividad de los microorganismos con la creación de nuevas sustancias.
En etapas posteriores, el estudiante comienza a integrar los tres niveles de representación propuestos
por Johnstone (1983), aunque aún presenta dificultades para explicar los procesos desde el nivel
microscópico y simbólico, especialmente al interpretar subíndices y coeficientes estequiométricos. Esta
dificultad refleja, como señalan Raviolo y Lerzo (2015), que los estudiantes enfrentan retos al transitar
entre el lenguaje cotidiano y el lenguaje químico formal, limitando su capacidad de comprender y
comunicar con precisión los fenómenos químicos a nivel molecular y simbólico.
Así mismo, se evidencia que el 10.52% de los estudiantes (2 alumnos) obtuvieron un nivel alto, lo cual
ubica a este tipo de estudiantes en la minoría del grupo, evidenciando un uso consistente de datos y
pruebas al representar fenómenos químicos como la transformación de la leche en yogurt o la uva en
vino, mediante el uso de dibujos, gráficos, fórmulas químicas y esquemas de partículas, integrando
niveles macroscópico, microscópico y simbólico, lo que refleja un avance significativo en la
comprensión del fenómeno químico ya que los estudiantes logran trascender la simple descripción
macroscópica para integrar diferentes niveles de representación, lo cual constituye un indicador de
aprendizaje profundo y de desarrollo de habilidades argumentativas en la construcción del conocimiento
científico.
Para ejemplificar se muestra E01-NA (estudiante 1 - nivel alto).
Al analizar las representaciones del estudiante E-02, se observa que inicialmente dominan las
representaciones macroscópicas, que se fundamentan en conocimientos incompletos y cotidianos. En
ellas se identifican elementos como el tiempo y la temperatura durante la conversión de la leche en
yogurt; no obstante, no se sabe con claridad cómo sucede la reacción química. Este patrón es congruente
con los modelos detectados por Muñoz et al. (2015), que presentan un primer acercamiento a la idea a
través de percepciones sensoriales como el color, el olor, el gusto y la textura, así como explicaciones
biológicas que vinculan la actividad de los microorganismos con la creación de nuevas sustancias.
En etapas posteriores, el estudiante comienza a integrar los tres niveles de representación propuestos
por Johnstone (1983), aunque aún presenta dificultades para explicar los procesos desde el nivel
microscópico y simbólico, especialmente al interpretar subíndices y coeficientes estequiométricos. Esta
dificultad refleja, como señalan Raviolo y Lerzo (2015), que los estudiantes enfrentan retos al transitar
entre el lenguaje cotidiano y el lenguaje químico formal, limitando su capacidad de comprender y
comunicar con precisión los fenómenos químicos a nivel molecular y simbólico.
Así mismo, se evidencia que el 10.52% de los estudiantes (2 alumnos) obtuvieron un nivel alto, lo cual
ubica a este tipo de estudiantes en la minoría del grupo, evidenciando un uso consistente de datos y
pruebas al representar fenómenos químicos como la transformación de la leche en yogurt o la uva en
vino, mediante el uso de dibujos, gráficos, fórmulas químicas y esquemas de partículas, integrando
niveles macroscópico, microscópico y simbólico, lo que refleja un avance significativo en la
comprensión del fenómeno químico ya que los estudiantes logran trascender la simple descripción
macroscópica para integrar diferentes niveles de representación, lo cual constituye un indicador de
aprendizaje profundo y de desarrollo de habilidades argumentativas en la construcción del conocimiento
científico.
Para ejemplificar se muestra E01-NA (estudiante 1 - nivel alto).
pág. 2743
Tabla 5. Evidencias de las representaciones utilizadas por el estudiante E-01 al resolver las preguntas
del cuestionario de preguntas abiertas.
ESTUDIANTE 1 - E01
Representaciones presentadas Descripción
NIVEL ALTO (NA)
Pregunta 1.1 Realiza dos representaciones de este proceso
(puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas, esquemas…)
Este tipo de representación
está asociado el
conocimiento científico
escolar y deja ver el tipo de
modelo mental inicial que
posee el estudiante sobre el
fenómeno estudiado,
empleando diferentes tipos
de representaciones
(macroscópica,
submicroscópica y
simbólica) reconociendo
que hay sustancias que
interactúan entre sí,
teniendo claridad acerca de
cómo sucede la reacción en
los dos procesos ilustrados
(yogurt y vino).
Pregunta 1.3 ¿Cómo representarías los componentes que
tiene el yogurt? (puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas,
esquemas…)
Pregunta 3.2 Representa de diferente(s) forma(s) el cambio
químico que ocurre en el proceso de elaboración del vino
(Puedes utilizar moléculas, símbolos, ecuaciones…)
Fuente: el autor.
Al interpretar las representaciones del estudiante E-01, se encontró que en las respuestas aportadas,
predominan representaciones sólidas desde los tres niveles representacionales de la química
(macroscópico, microscópico y simbólico) propuestos por Johnstone (1982), ya que se evidencia el uso
Tabla 5. Evidencias de las representaciones utilizadas por el estudiante E-01 al resolver las preguntas
del cuestionario de preguntas abiertas.
ESTUDIANTE 1 - E01
Representaciones presentadas Descripción
NIVEL ALTO (NA)
Pregunta 1.1 Realiza dos representaciones de este proceso
(puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas, esquemas…)
Este tipo de representación
está asociado el
conocimiento científico
escolar y deja ver el tipo de
modelo mental inicial que
posee el estudiante sobre el
fenómeno estudiado,
empleando diferentes tipos
de representaciones
(macroscópica,
submicroscópica y
simbólica) reconociendo
que hay sustancias que
interactúan entre sí,
teniendo claridad acerca de
cómo sucede la reacción en
los dos procesos ilustrados
(yogurt y vino).
Pregunta 1.3 ¿Cómo representarías los componentes que
tiene el yogurt? (puedes utilizar dibujos, símbolos, graficas,
esquemas…)
Pregunta 3.2 Representa de diferente(s) forma(s) el cambio
químico que ocurre en el proceso de elaboración del vino
(Puedes utilizar moléculas, símbolos, ecuaciones…)
Fuente: el autor.
Al interpretar las representaciones del estudiante E-01, se encontró que en las respuestas aportadas,
predominan representaciones sólidas desde los tres niveles representacionales de la química
(macroscópico, microscópico y simbólico) propuestos por Johnstone (1982), ya que se evidencia el uso
pág. 2744
de dibujos y esquemas descriptivos, así como símbolos, moléculas, formulas y ecuaciones, lo cual
supone el uso de representaciones asociadas a un aprendizaje en profundidad (Tamayo, 2011),
demostrando coherencia en sus argumentos, dominio, seguridad y claridad del tema.
Igualmente, los argumentos que soportan las representaciones plasmadas por el estudiante, usan datos
y/o pruebas que involucran elementos conceptuales propios de una reacción química, por ejemplo, los
compuestos que intervienen en un cambio químico, los representó por medio de un modelo de esferas,
consiguiendo reflejarlo en su modelo mental, ya que este nivel no es observable a simple vista (Ordenes
et al; 2018), y el cual también fue capaz de explicarlo utilizando formulas químicas, planteando los
reactivos y productos que intervienen en la reacción química representada en relaciones
estequiométricas, mostrando un avance del modelo mental al modelo conceptual (Johnson-Laird, 1983).
En síntesis, frente a las representaciones plasmadas por los tres estudiantes en el cuestionario de
preguntas abiertas, se evidencia que tienen claro que hay una interacción entre las sustancias
involucradas en el fenómeno utilizando como ejemplo relevante del concepto reacción química, las cual
representan por lo general utilizando dibujos (representación macroscópica), pero no logran establecer
en profundidad que ocurre una reacción química entre ellas, lo que les impide ahondar en el uso de
representaciones desde los niveles microscópico y simbólico, lo cual implica la asignación de
convenciones y símbolos para generar un modelo de esferas y para representar átomos y/o moléculas
en una ecuación química (Ordenes et al; 2014). Esta limitación indica que, a pesar de que los estudiantes
identifican fenómenos visibles, todavía necesitan ayuda pedagógica para progresar hacia niveles más
abstractos de representación. Esto les posibilitaría entender los procesos desde un punto de vista
científico más integral. Por lo tanto, para obtener una comprensión más profunda de los procesos que
incluyen reacciones químicas y otros fenómenos transformadores de la materia, es importante fortalecer
la conexión entre los niveles macroscópico, microscópico y simbólico en la enseñanza de la química.
A partir de la discusión de los resultados anteriores, este estudio contribuye con un enfoque científico
nuevo al incorporar de manera sistemática los tres niveles de representación en la enseñanza de
reacciones químicas, tratando así un tema que ha sido históricamente problemático y polémico en la
educación química: la incapacidad de los alumnos para relacionar lo simbólico, microscópico y
macroscópico.
de dibujos y esquemas descriptivos, así como símbolos, moléculas, formulas y ecuaciones, lo cual
supone el uso de representaciones asociadas a un aprendizaje en profundidad (Tamayo, 2011),
demostrando coherencia en sus argumentos, dominio, seguridad y claridad del tema.
Igualmente, los argumentos que soportan las representaciones plasmadas por el estudiante, usan datos
y/o pruebas que involucran elementos conceptuales propios de una reacción química, por ejemplo, los
compuestos que intervienen en un cambio químico, los representó por medio de un modelo de esferas,
consiguiendo reflejarlo en su modelo mental, ya que este nivel no es observable a simple vista (Ordenes
et al; 2018), y el cual también fue capaz de explicarlo utilizando formulas químicas, planteando los
reactivos y productos que intervienen en la reacción química representada en relaciones
estequiométricas, mostrando un avance del modelo mental al modelo conceptual (Johnson-Laird, 1983).
En síntesis, frente a las representaciones plasmadas por los tres estudiantes en el cuestionario de
preguntas abiertas, se evidencia que tienen claro que hay una interacción entre las sustancias
involucradas en el fenómeno utilizando como ejemplo relevante del concepto reacción química, las cual
representan por lo general utilizando dibujos (representación macroscópica), pero no logran establecer
en profundidad que ocurre una reacción química entre ellas, lo que les impide ahondar en el uso de
representaciones desde los niveles microscópico y simbólico, lo cual implica la asignación de
convenciones y símbolos para generar un modelo de esferas y para representar átomos y/o moléculas
en una ecuación química (Ordenes et al; 2014). Esta limitación indica que, a pesar de que los estudiantes
identifican fenómenos visibles, todavía necesitan ayuda pedagógica para progresar hacia niveles más
abstractos de representación. Esto les posibilitaría entender los procesos desde un punto de vista
científico más integral. Por lo tanto, para obtener una comprensión más profunda de los procesos que
incluyen reacciones químicas y otros fenómenos transformadores de la materia, es importante fortalecer
la conexión entre los niveles macroscópico, microscópico y simbólico en la enseñanza de la química.
A partir de la discusión de los resultados anteriores, este estudio contribuye con un enfoque científico
nuevo al incorporar de manera sistemática los tres niveles de representación en la enseñanza de
reacciones químicas, tratando así un tema que ha sido históricamente problemático y polémico en la
educación química: la incapacidad de los alumnos para relacionar lo simbólico, microscópico y
macroscópico.
pág. 2745
Desde un punto de vista teórico, brinda nuevas oportunidades para estructurar la argumentación
científica y el aprendizaje profundo; por su parte, sus aplicaciones en la práctica posibilitan crear
estrategias didácticas novedosas que robustecen el razonamiento crítico y la comprensión conceptual.
Su relevancia se basa en aportar directamente a la línea de investigación acerca de metodologías activas
y significativas para enseñar ciencias, con el objetivo de perfeccionar la formación científica y la
transmisión de saberes en variados entornos educativos.
CONCLUSIONES
En el cuestionario de preguntas aplicado para explorar saberes previos, se evidenciaron bajos niveles
de uso de representaciones semióticas: el 63,15% de los estudiantes (12) se ubicaron en nivel bajo y el
26,31% (5) en nivel medio, lo cual indica que el modelo didáctico utilizado está relacionado con una
comprensión superficial del concepto de "reacción química". Se destacó la representación
macroscópica, fundamentada en la observación sensorial a través de gráficos, dibujos y figuras. En
cambio, los niveles microscópico y simbólico demostraron mucha fragilidad, revelando problemas para
entender los modelos científicos de conservación de la materia y reorganización de partículas, así como
los procesos subyacentes, por lo cual se les dificulta asociar el fenómeno macroscópico con el nivel
simbólico y deducir los procedimientos microscópicos implicados. Raviolo y Lerzo (2015) indican que
el dominio de los procedimientos simbólicos no asegura un entendimiento profundo, porque los
estudiantes no entienden las fórmulas en términos de partículas, coeficientes o subíndices. Esto limita
su habilidad para describir la interacción y reorganización de las partículas en una reacción química.
Así mismo, se observó que, aunque algunos estudiantes añadieron elementos argumentativos como
evidencias, datos y justificaciones, no pudieron enlazarlos de forma lógica ni vincularlos con los
principios científicos, utilizando explicaciones de sentido común y lenguaje cotidiano. Esto pone de
manifiesto la falta de profundidad en sus argumentos y subraya la importancia de reforzar las
habilidades argumentativas para promover un aprendizaje sólido de la química.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Beas, J; Santa Cruz, J; Thonsem, P. y Utreras, S. (2001). Enseñar a pensar para aprender mejor.
Alfaomega Grupo Editor (MX).
Bisquerra, R. (2009). Metodología de la investigación educativa. Madrid: La Muralla.
Desde un punto de vista teórico, brinda nuevas oportunidades para estructurar la argumentación
científica y el aprendizaje profundo; por su parte, sus aplicaciones en la práctica posibilitan crear
estrategias didácticas novedosas que robustecen el razonamiento crítico y la comprensión conceptual.
Su relevancia se basa en aportar directamente a la línea de investigación acerca de metodologías activas
y significativas para enseñar ciencias, con el objetivo de perfeccionar la formación científica y la
transmisión de saberes en variados entornos educativos.
CONCLUSIONES
En el cuestionario de preguntas aplicado para explorar saberes previos, se evidenciaron bajos niveles
de uso de representaciones semióticas: el 63,15% de los estudiantes (12) se ubicaron en nivel bajo y el
26,31% (5) en nivel medio, lo cual indica que el modelo didáctico utilizado está relacionado con una
comprensión superficial del concepto de "reacción química". Se destacó la representación
macroscópica, fundamentada en la observación sensorial a través de gráficos, dibujos y figuras. En
cambio, los niveles microscópico y simbólico demostraron mucha fragilidad, revelando problemas para
entender los modelos científicos de conservación de la materia y reorganización de partículas, así como
los procesos subyacentes, por lo cual se les dificulta asociar el fenómeno macroscópico con el nivel
simbólico y deducir los procedimientos microscópicos implicados. Raviolo y Lerzo (2015) indican que
el dominio de los procedimientos simbólicos no asegura un entendimiento profundo, porque los
estudiantes no entienden las fórmulas en términos de partículas, coeficientes o subíndices. Esto limita
su habilidad para describir la interacción y reorganización de las partículas en una reacción química.
Así mismo, se observó que, aunque algunos estudiantes añadieron elementos argumentativos como
evidencias, datos y justificaciones, no pudieron enlazarlos de forma lógica ni vincularlos con los
principios científicos, utilizando explicaciones de sentido común y lenguaje cotidiano. Esto pone de
manifiesto la falta de profundidad en sus argumentos y subraya la importancia de reforzar las
habilidades argumentativas para promover un aprendizaje sólido de la química.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Beas, J; Santa Cruz, J; Thonsem, P. y Utreras, S. (2001). Enseñar a pensar para aprender mejor.
Alfaomega Grupo Editor (MX).
Bisquerra, R. (2009). Metodología de la investigación educativa. Madrid: La Muralla.
pág. 2746
Candela, B. (2021). El diseño y desarrollo de animaciones como estrategia que ayuda a mediar la
comprensión del equilibrio químico en la escuela. Edutec. Revista Electrónica De Tecnología
Educativa, (75), 124-136. https://doi.org/10.21556/edutec.2021.75.1787
Casado, G. y Raviolo, A. (2005). Las dificultades de los alumnos al relacionar distintos niveles de
representación de una reacción química. Universitas Scientiarum, 10, 35-43.
https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=49909705
Gabel, D. (1999). Improving teaching and learning through chemistry education research: A look to the
future. J. Chem. Educ, 76(4), 548. https://doi.org/10.1021/ed076p548
Hernández, R; Fernández, C. y Baptista, P. (2010). Metodología de la investigación. McGraw-Hill.
Izquierdo, M. (2004). Un nuevo enfoque de la enseñanza de la química: contextualizar y modelizar. The
Journal of the Argentin Chemical Society, 92(4/6), 115-136.
http://www.scielo.org.ar/pdf/aaqa/v92n4-6/v92n4-6a13.pdf
Johnson- Laird, P. (1983). La théorie des modèles mentaux. Tardieu, H. y Cavazza, M. (Eds).
Johnstone, A. (1982). Macro and micro chemistry. School Science Review, 64 (227), 377-379.
Johnstone, A. (1993). The develompment of chemistry teaching: a changing response to a changing
demand. Journal of Chemical Education, 70, 701-705.
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed070p701
Mercado, G. y Gómez O. (2019). “Del contenido al argumento: una unidad didáctica para mejorar los
niveles de argumentación a partir de la reacción química y sus múltiples representaciones”,
Universidad tecnológica de Pereira, Colombia.
Muñoz, V; Blanco, A. y Franco, A. (2015). La elaboración de yogur como contexto para el aprendizaje
de la reacción química mediante modelización. La enseñanza de las ciencias: desafíos y
perspectivas, 265-269.
https://www.researchgate.net/publication/309265446_La_elaboracion_de_yogur_como_conte
xto_para_el_aprendizaje_de_la_reaccion_quimica_mediante_modelizacion
Muñoz, V; Franco, A. y Blanco, Á. (2018). Modelos mentales de estudiantes de educación secundaria
sobre la transformación de la leche en yogur. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación
de las Ciencias, 15(2), 2106. https://revistas.uca.es/index.php/eureka/article/view/3629/3851
Candela, B. (2021). El diseño y desarrollo de animaciones como estrategia que ayuda a mediar la
comprensión del equilibrio químico en la escuela. Edutec. Revista Electrónica De Tecnología
Educativa, (75), 124-136. https://doi.org/10.21556/edutec.2021.75.1787
Casado, G. y Raviolo, A. (2005). Las dificultades de los alumnos al relacionar distintos niveles de
representación de una reacción química. Universitas Scientiarum, 10, 35-43.
https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=49909705
Gabel, D. (1999). Improving teaching and learning through chemistry education research: A look to the
future. J. Chem. Educ, 76(4), 548. https://doi.org/10.1021/ed076p548
Hernández, R; Fernández, C. y Baptista, P. (2010). Metodología de la investigación. McGraw-Hill.
Izquierdo, M. (2004). Un nuevo enfoque de la enseñanza de la química: contextualizar y modelizar. The
Journal of the Argentin Chemical Society, 92(4/6), 115-136.
http://www.scielo.org.ar/pdf/aaqa/v92n4-6/v92n4-6a13.pdf
Johnson- Laird, P. (1983). La théorie des modèles mentaux. Tardieu, H. y Cavazza, M. (Eds).
Johnstone, A. (1982). Macro and micro chemistry. School Science Review, 64 (227), 377-379.
Johnstone, A. (1993). The develompment of chemistry teaching: a changing response to a changing
demand. Journal of Chemical Education, 70, 701-705.
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed070p701
Mercado, G. y Gómez O. (2019). “Del contenido al argumento: una unidad didáctica para mejorar los
niveles de argumentación a partir de la reacción química y sus múltiples representaciones”,
Universidad tecnológica de Pereira, Colombia.
Muñoz, V; Blanco, A. y Franco, A. (2015). La elaboración de yogur como contexto para el aprendizaje
de la reacción química mediante modelización. La enseñanza de las ciencias: desafíos y
perspectivas, 265-269.
https://www.researchgate.net/publication/309265446_La_elaboracion_de_yogur_como_conte
xto_para_el_aprendizaje_de_la_reaccion_quimica_mediante_modelizacion
Muñoz, V; Franco, A. y Blanco, Á. (2018). Modelos mentales de estudiantes de educación secundaria
sobre la transformación de la leche en yogur. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación
de las Ciencias, 15(2), 2106. https://revistas.uca.es/index.php/eureka/article/view/3629/3851
pág. 2747
Ordenes, R; Arellano, M; Jara, R. y Merino, C. (2014). Representaciones macroscópicas,
submicroscópicas y simbólicas sobre la materia. Educación química, 25(1), 46-55.
http://dx.doi.org/10.1016/S0187-893X(14)70523-3
Raviolo A. y Lerzo, G. (2016). Enseñanza de la estequiometría: uso de analogías y comprensión
conceptual. Enseñanza de la química, 27, 195 – 204. https://doi.org/10.1016/j.eq.2016.04.003
Reyes, F., Ruiz, B., Llano, M., Lechuga, P. y Mena, M. (2021). El aprendizaje de la reacción química:
el uso de modelos en el laboratorio. Enseñanza de las Ciencias, 39(2), 103-122.
https://doi.org/10.5565/rev/ensciencias.3229
Romero,J; Bonilla, G. y Álvarez, O. (2018). Las representaciones múltiples como estrategia didáctica
para el fortalecimiento de la competencia argumentativa en básica secundaria. Tecné, Episteme
y Didaxis: TED, (Extraordin).
https://revistas.pedagogica.edu.co/index.php/TED/article/view/8929
Tamayo, O. (2011). La argumentación como constituyente del pensamiento crítico en niños. Hallazgos,
9(17), 211-233. https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=413835215010
Vallejo, W. (2017). Relaciones explicativas entre los niveles de representación macroscópico,
microscópico y simbólico de la materia; una propuesta didáctica para la enseñanza del
concepto de “reacción química” [Tesis de maestría]. Repositorio-UN.
Velásquez, A. (2018). “Niveles argumentativos y representaciones de los estudiantes sobre disoluciones
químicas”, Universidad Autónoma de Manizales.
White, R. (1999). Condiciones para un aprendizaje de calidad en la enseñanza de las ciencias.
Reflexiones a partir del proyecto PEE. Enseñanza de las ciencias: revista de investigación y
experiencias didácticas, 17(1), 3-15, https://raco.cat/index.php/Ensenanza/article/view/21556
Ordenes, R; Arellano, M; Jara, R. y Merino, C. (2014). Representaciones macroscópicas,
submicroscópicas y simbólicas sobre la materia. Educación química, 25(1), 46-55.
http://dx.doi.org/10.1016/S0187-893X(14)70523-3
Raviolo A. y Lerzo, G. (2016). Enseñanza de la estequiometría: uso de analogías y comprensión
conceptual. Enseñanza de la química, 27, 195 – 204. https://doi.org/10.1016/j.eq.2016.04.003
Reyes, F., Ruiz, B., Llano, M., Lechuga, P. y Mena, M. (2021). El aprendizaje de la reacción química:
el uso de modelos en el laboratorio. Enseñanza de las Ciencias, 39(2), 103-122.
https://doi.org/10.5565/rev/ensciencias.3229
Romero,J; Bonilla, G. y Álvarez, O. (2018). Las representaciones múltiples como estrategia didáctica
para el fortalecimiento de la competencia argumentativa en básica secundaria. Tecné, Episteme
y Didaxis: TED, (Extraordin).
https://revistas.pedagogica.edu.co/index.php/TED/article/view/8929
Tamayo, O. (2011). La argumentación como constituyente del pensamiento crítico en niños. Hallazgos,
9(17), 211-233. https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=413835215010
Vallejo, W. (2017). Relaciones explicativas entre los niveles de representación macroscópico,
microscópico y simbólico de la materia; una propuesta didáctica para la enseñanza del
concepto de “reacción química” [Tesis de maestría]. Repositorio-UN.
Velásquez, A. (2018). “Niveles argumentativos y representaciones de los estudiantes sobre disoluciones
químicas”, Universidad Autónoma de Manizales.
White, R. (1999). Condiciones para un aprendizaje de calidad en la enseñanza de las ciencias.
Reflexiones a partir del proyecto PEE. Enseñanza de las ciencias: revista de investigación y
experiencias didácticas, 17(1), 3-15, https://raco.cat/index.php/Ensenanza/article/view/21556